1. Muùc ủớch
- Tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất đường nha từ tinh bột
- Nắm vững hai quá trình quan trọng trong quy trình công nghệ: thủy phân tinh bột bằng chế phẩm enzyme
amylase và tẩy màu dịch thủy phân bằng than hoạt tính.
2. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ 2.1. Nguyeõn lieọu
- Tinh bột khoai mì
- Chế phẩm Termamyl 120L (Novo Nordisk) chứa enzyme alpha- amylase. Các đặc tính của chế phẩm:
Thủy phân liên kết alpha-1,4 glucoside của tinh bột tạo sản phẩm chính là các dextrin mạch ngắn
Nhiệt độ xúc tác tối ưu: 70oC. Tuy nhiên, ở 90-95oC, hoạt tính xúc tác của enzyme vẫn được duy trì
pH xúc tác tối ưu: 5,5 – 6,0
Hoạt tính: 120 KNU/g
- Chế phẩm Fungamyl 800L (Novo Nordisk) chứa enzyme alpha- amylase. Các đặc tính của chế phẩm:
Thuûy phaân lieân keát alpha-1,4 glucoside cuûa tinh bột tạo sản phẩm chính là đường maltose
Nhiệt độ xúc tác tối ưu: 50-60oC
pH xúc tác tối ưu: 5,0 – 5,5
Hoạt tính: 800 FAU/g
- Nước máy đã được xử lý bằng phương pháp trao đổi ion và vi lọc
- Than hoạt tính
- Bột trợ lọc diatomit 2.2. Hóa chất
- Muoái CaCl2
- Dung dòch HCl 1N
- Dung dòch NaOH 1N
- Dung dịch iode: hòa tan 1,27g iode tinh thể và 2,5g KI trong nước cất và định mức dung dịch đến 500mL. Đựng dung dịch trong chai thủy tinh sậm màu và bảo quản nơi tối trong thời gian tối đa là 1 tháng.
- Dung dịch acid 3,5 dinitrosalycylic: hòa tan lần lượt 1,6g NaOH, 1g DNS, 30g muối tatrate natri – kali trong 100mL nước cất. Bảo quản dung dịch thu được trong chai thủy tinh sậm màu, ở 6-8oC trong thời gian tối đa là 15 ngày.
2.3. Duùng cuù cheỏ bieỏn - Noài thuûy phaân 2L
- Beỏp ủieọn
- Cánh khuấy và motor - Cân kỹ thuật
- OÁng ủong
2.4. Duùng cuù phaõn tớch - OÁng nghieọm
- Erlen - Becher - Pipet
- Đĩa sứ màu trắng
- Máy quang phổ so màu - Nhớt kế
3. Cách thực hiện
3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất đường nha từ tinh bột
Sơ đồ quy trình công nghệ được trình bày ở hình [10].
3.2. Các bước tiến hành
Phần 1: Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột bằng các cheỏ phaồm enzyme amylase
- Cho 1,2L nước vào nồi thủy phân. Mở cánh khuấy với tốc độ 100 vòng/ phút. Cho tiếp 300g tinh bột khoai mì vào nồi thủy phân và khuấy đều huyền phù tinh bột, tránh hiện tượng vón cục hoặc hiện tượng lắng tinh bột dưới đáy nồi. Thêm vào nồi muối CaCl2 với hàm lượng 60ppm. Sử dụng dung dịch HCl 1N hoặc dung dịch NaOH 1N để hiệu chỉnh pH hỗn hợp về giá trị 5,7. Sau đó, bổ sung chế phẩm Termamyl 120L vào nồi với hàm lượng 0.2% theo khối lượng.
- Tăng tốc độ khuấy lên 200 vòng/ phút. Sử dụng bếp điện để gia nhiệt nhanh hỗn hợp lên đến 90oC. Điều chỉnh bếp điện để giữ hỗn hợp ở 90oC trong thời gian 30 phuùt.
- Gia nhiệt nhanh hỗn hợp lên đến 98-100oC để dịch hóa tinh bột. Giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này trong thời gian 30 phút. Trong quá trình dịch hóa, có thể bổ sung (nhiều lần) một ít nước vào nồi để hạn chế sự thay đổi thể tích hỗn hợp trong nồi.
- Làm nguội nhanh hỗn hợp trong nồi về 50-55oC. Sử dụng dung dịch HCl 1N để chỉnh pH hỗn hợp về giá trị 5,0-5,5.
Bổ sung chế phẩm Fungamyl 800L vào nồi thủy phân.
Các sinh viên được chia thành 4 nhóm. Hàm lượng Fungamyl 800L bổ sung của 4 nhóm lần lượt là 0,25; 0,30;
0,35; 0,40% theo khối lượng.
- Giữ hỗn hợp ở 55oC trong khoảng 1 giờ. Tiếp theo, cứ sau mỗi 10 phút, tiến hành lấy 1 giọt dung dịch trong nồi trộn chung với 1 giọt dung dịch iode trên đĩa sứ màu trắng. Nếu hỗn hợp không làm đổi màu dung dịch iode thì quá trình đường hóa được xem là kết thúc (mẫu đối
chứng: trộn 1 giọt nước cất với 1 giọt dung dịch iode).
Nếu dung dịch iode bị chuyển màu thì tiếp tục thực hiện quá trình thủy phân tinh bột ở 55oC.
- Khi quá trình thủy phân kết thúc, gia nhiệt nhanh hỗn hợp lên đến 70oC. Lấy mẫu để xác định hàm lượng đường khử, từ đó suy ra chỉ số DE của dịch sau thủy phaân.
Hình 10: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất đường nha - Xác định đường khử bằng phương pháp so màu, sử dụng
acid 3,5 dinitrosalicylic (DNS):
Lấy 1mL mẫu và 1mL dung dịch DNS cho vào ống nghiệm và lắc đều. Đun ống nghiệm trong bể điều nhiệt trong thời gian 5 phút (nhiệt độ nước trong bể là 98oC). Làm nguội nhanh các ống nghiệm về nhiệt độ
phòng. Bổ sung vào mỗi ống nghiệm 10mL nước cất.
Lắc đều và đo độ hấp thu của mẫu trên máy so màu quang phổ ở bước sóng 540nm. Thực hiện mẫu đối chứng với 1mL nước cất theo quy trình tương tự như trên. Sử dụng mẫu đối chứng để hiệu chỉnh độ hấp thu của máy quang phổ so màu về 0.
Dựng đường chuẩn với dung dịch glucose có nồng độ 0,5; 1,0; 1,5 và 2,0g/L.
Từ đồ thị đường chuẩn, ta sẽ suy ra được hàm lượng đường khử (tính theo glucose) có trong dịch thủy phân.
Kết quả được biểu diễn dưới dạng g/L.
Từ hàm lượng đường khử, ta sẽ suy ra chỉ số DE của mẫu dịch nha thu được.
Phần 2: Khảo sát quá trình tẩy màu dịch thủy phân bằng than hoạt tính
- Sau khi quá trình đường hóa kết thúc, làm nguội dịch thủy phân về 20oC và xác định nồng độ chất khô của dịch bằng khúc xạ kế. Tra bảng (bảng gì ?) để suy ra tỉ trọng của dịch thủy phân.
- Tiến hành tẩy màu dịch thủy phân bằng than hoạt tính.
Các sinh viên được chia thành 4 nhóm. Hàm lượng than sử dụng của 4 nhóm lần lượt là 0,1; 0,15; 0,2 và 0,25% so với hàm lượng chất khô trong dịch thủy phân. Sau khi cho than hoạt tính vào nồi chứa dịch thủy phân, sử dụng bếp điện để gia nhiệt hỗn hợp trong nồi đến 70oC và giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút trong điều kiện khuấy đảo liên tục với tốc độ 200 vòng/ phút.
- Song song đó, chuẩn bị hệ thống bình lọc chân không phòng thí nghiệm để lọc bỏ than hoạt tính sau quá trình tẩy màu. Pha huyền phù diatomit trong nước với nồng độ 10%. Tiến hành lọc huyền phù để phủ 1 lớp diatomit với chiều dày khoảng 2-3mm lên bề mặt vải lọc.
- Khi quá trình tẩy màu kết thúc, tiến hành lọc hỗn hợp trên hệ thống bình lọc chân không. Hồi lưu phần dịch lọc đầu tiên cho đến khi dịch lọc thu được trong suốt. Sau khi lọc xong, làm nguội dịch lọc thu được về nhiệt độ phòng.
- Đo độ hấp thu của mẫu dịch thủy phân trước và sau khi tẩy màu bằng than hoạt tính, sử dụng máy quang phổ so màu, bước sóng 600 nm, cuvet 2mm.
4. Tính toán kết quả và báo cáo
Phần 1: Thủy phân tinh bột bằng chế phẩm amylase - Tớnh chổ soỏ DE cuỷa dũch thuỷy phaõn
- So sánh kết quả thu được của 4 nhóm, nhận xét và giải thích
Phần 2: Tẩy màu dịch thủy phân tinh bột bằng than hoạt tính
- Tính phần trăm giảm độ hấp thu của dịch thủy phân tinh bột sau quá trình tẩy màu so với trước khi tẩy màu - So sánh kết quả thu được của 4 nhóm, nhận xét và
giải thích
5. Câu hỏi gợi ý
[1] Liệt kê tên các enzyme xúc tác quá trình thủy phân tinh bột? Trình bày cơ chế xúc tác và dạng sản phẩm của mỗi loại enzyme.
[2] Nêu mục đích sử dụng chế phẩm alpha-amylase Termamyl 120L trong sản xuất đường nha? Giải thích? Thử phân tích những ưu và nhược điểm khi sử dụng chế phẩm Termamyl 120L so với chế phẩm alpha-amylase từ các vi khuẩn khác, nấm mốc và malt đại mạch?
[3] Vì sao phải bổ sung CaCl2 vào huyền phù tinh bột ?
[4] Nêu mục đích sử dụng chế phẩm alpha-amylase Fungamyl 800L trong sản xuất đường nha? Giải thích?
[5] Nêu bản chất hóa học của các chất màu có trong dịch thủy phân tinh bột và nguồn gốc của chúng?
[6] Để lựa chọn than hoạt tính tẩy màu dịch thủy phân tinh bột, người ta dựa vào những chỉ tiêu hóa lý nào của than? Giải thích?
6. Tài liệu tham khảo
[1] Rehm H.J., Reed G, Puhler A., Stodler P. Biotechnology, Volume 9, VCH Publishers, Weinheim, 1995, 803p.
[2] Sapronov A.R., Jushman A.I., Loseva V.A. Công nghệ sản xuất đường, Nhà xuất bản Agropromizdat, Mạc Tư khoa, 1990, 396 trang (tieáng Nga).
[3] Novo Nordisk. Termamyl 120L, Fungamyl 800L, Novo-Nordisk publishers, 1996.